- •Исследование систем управления
- •Учебник
- •Москва 2003
- •Глава 1. Концептуальные основы исследования систем управления
- •1.1. Понятия, определяющие структуру системы
- •Понятие структуры системы
- •Понятие внешней среды
- •1.2. Понятия, определяющие процесс функционирования системы состояние системы
- •Движение (функционирование) системы
- •1.3. Характеристика процессов системы понятие процессов системы
- •Процессов
- •I подсистема-j |
- •I подсистема-l
- •I подсистема-n
- •Обратная связь
- •Обратная связь
- •Функции процесса обратной связи
- •Обратная связь
- •Обратная связь
- •Обратная связь
- •Функция процесса ограничения системы
- •Системный
- •1.4. Классификация систем характеристика различных классов систем
- •Классификация систем
- •1.5. Понятие системы управления
- •Положительная сторона
- •Отрицательная сторона
- •1.6. Цель системы управления
- •1.7. Закон управления системой
- •У правляющий орган (управляющая система)
- •1.8. Критерии эффективности управления системой
- •Глава 2. Методологические основы исследования систем управления
- •2.1. Системный подход как общеметодический принцип исследования систем управления понятие и основные черты системного подхода
- •Сущность системного подхода
- •Порядок выделения исследуемой задачи (объекта) из внешней среды
- •2.2. Задачи анализа и синтеза систем управления задачи анализа систем управления
- •Определение объекта анализа
- •Структурирование системы
- •Определение функциональных особенностей системы управления
- •Исследование информационных характеристик систем
- •Формирование замысла и цели создания системы управления
- •Формирование вариантов облика новой системы
- •Приведение описаний варианта облика системы во взаимное соответствие
- •Разработка требований к системе управления
- •Реализация разработанных требований к системе управления
- •2.3. Принципы анализа и синтеза систем управления
- •Принцип физичности и его постулаты Принцип физичности
- •Принцип моделируемости и его постулаты Принцип моделируемости
- •Принцип целенаправленности и его постулаты Целенаправленность системы
- •2.4. Виды анализа и синтеза систем управления структурный анализ и синтез систем управления Структурный анализ систем управления
- •Структурный синтез систем управления
- •Функциональный анализ и синтез систем управления
- •Функциональный анализ систем управления
- •Функциональный синтез систем управления
- •Информационный анализ и синтез систем управления
- •Коммуникационная (информационная) схема передачи информации в системе управления
- •Классификация информационных процессов
- •Структура информационного процесса
- •Информационный анализ систем управления
- •Информационный синтез систем управления
- •Параметрический анализ систем управления
- •Параметрический синтез систем управления
- •2.5. Уровни исследования и структура показателей систем управления уровни исследования систем управления
- •Структура показателей систем управления
- •Оценка информативности показателей анализируемой системы управления
- •Глава 3. Особенности анализа и синтеза различных видов систем управления
- •Зл. Особенности анализа и синтеза технических систем управления особенности технических систем управления
- •Специфика отдельных видов анализа и синтеза технических систем управления
- •Основы синтеза облика перспективной технической системы управления Цели и характер обоснования облика новой технической системы управления
- •Общая процедура обоснования облика перспективной тсу
- •3.2. Особенности анализа и синтеза эргатических систем управления особенности эргатических (человеко-машинных) систем управления
- •Инженерно-психологические проблемы, требующие решения в процессе создания и эксплуатации эргатических систем управления
- •Специфика отдельных видов анализа и синтеза эргатических систем управления
- •Типовые противоречия разрешаемые в процессе создания новых эргатических систем управления
- •Типовые противоречия, разрешаемые в процессе создания новых эсу
- •Содержание нововведений в зависимости от глубины реорганизации эсу [10]
- •Основные вопросы, решаемые в цикле исследования [10]
- •3.3. Особенности анализа и синтеза организационных систем особенности организационных систем управления
- •Методология анализа и синтеза организационных систем управления
- •Специфика отдельных видов анализа и синтеза организационных систем управления
- •Параметрический анализ и синтез организационных систем управления
- •Основные черты организационного управления
- •Основные требования к организационному управлению
- •Глава 4. Системный анализ и синтез проблемы
- •4.1. Общая характеристика проблемы как системы понятие проблемы и проблемной ситуации
- •Представление проблемы как системы
- •Этапы процесса решения проблемы Характеристика этапов процесса решения проблем
- •Этапы системного анализа проблем совершенствования и развития систем
- •Этапы системного анализа инновационных проблем
- •Системный синтез и анализ проблемы
- •4.2. Исходная постановка (формирование) проблемы
- •4.3. Формирование целей и условий решения проблемы условия формирования целей
- •Выявление и систематизация подцелей
- •Построение «дерева целей»
- •Состав подцелей
- •Последовательная декомпозиция целей
- •«Дерево целей» промышленного предприятия [6]
- •Установление условий решения проблемы
- •4.4. Структуризация проблемы и систематизация путей достижения целей основные понятия и этапы структуризации проблем Основные понятия структуризации проблемы
- •Этапы структуризации проблемы
- •Уточнение структуры системы
- •Уточнение структуры объекта управления
- •Уточнение функционально-информационной структуры системы управления
- •Критический анализ функционирования системы управления Цели анализа функционирования системы
- •Анализ причинно-следственных связей
- •Пример. Анализ причинно-следственных связей нарушений технологической дисциплины [6]
- •«Дерево путей достижения целей»
- •Пример. Построение «дерева достижения целей» применительно к проблеме управления качеством продукции
- •Оценка значимости проблем
- •4.5. Выявление и выбор альтернатив решения проблемы этапы выделения альтернатив
- •Решения, зависящие от области их использования
- •Принятие решения на основе исходной информации различной полноты
- •Формирование решения проблемы в целом
- •Выбор оптимальных решений Постановка и решение задачи оптимизации
- •Решение задачи и анализ результатов
- •Глава 5. Методы исследования систем управления
- •5.1. Системный подход к проявлению идеи
- •Сущность идеи
- •Первый цикл проявления идеи
- •5.2. Эвристические методы исследования систем управления методы активизации техологии творчества
- •Ассоциативные методы
- •Метод мозгового штурма
- •Метод синектики
- •5.3. Формализованные методы исследования систем управления параметрический метод
- •Морфологический метод и его модификации
- •Метод организующих понятий
- •Метод десятичных матриц поиска
- •Комбинаторный метод
- •Методы логического поиска Метод и — или — дерево
- •Метод логического мышления
- •Алгоритм решения изобретательских задач (ариз)
- •Обобщенный алгоритм поиска новых технических решений
- •5.4. Статистические методы анализа систем управления сущность и область применения
- •Корреляционный анализ
- •Дисперсионный анализ
- •Ковариационный анализ
- •Метод временных рядов
- •Метод главных компонентов
- •Факторный анализ
- •5.5. Детерминированные методы анализа систем управления сущность и область применения
- •Инфлюентный анализ
- •5.6. Синтез систем управления методами оптимизации синтез систем управления методами безусловной оптимизации Сущность и область применения
- •Методы нулевого порядка
- •Методы первого порядка
- •Методы второго порядка
- •Синтез систем управления с помощью многокритериальной оптимизации
- •5.7. Синтез систем управления методами математического программирования
- •Общая характеристика методов математического программирования
- •Методы решения задач линейного программирования
- •Методы решения задач нелинейного программирования
- •Методы решения задач дискретного (целочисленного) программирования
- •Методы динамического программирования
- •Методы стохастического программирования
- •5.8. Анализ и синтез систем управления с помощью математических теорий теория принятия решений
- •Теория массового обслуживания
- •Теория эффективности
- •Теория игр Сущность синтеза игровых задач управления
- •Содержание
- •Глава 1. Концептуальные основы исследования
- •Глава 2. Методологические основы
- •Глава 3. Особенности анализа и синтеза
- •Глава 4. Системный анализ и синтез проблемы 209
- •Глава 5. Методы исследования систем управления 297
Функциональный анализ и синтез систем управления
Вопрос о взаимоотношении структуры и функции — один из древних. Аристотель, задавал вопрос «ради чего существует орган?» (имея ввиду биологическую систему), отвечал: «ради выполнения определенной цели», т.е. функции.
Рассматривая структуру и функцию, предпочтение отдают первичности в изменении функции. Однако наиболее правильно рассматривать диалектическую взаимосвязь и взаимообусловленность их изменений в процессе эволюции (изменение среды требует изменение функции; а она, в свою очередь, влияет на изменение структуры).
Функциональный анализ систем управления
Функциональный анализ осуществляется одновременно с исследованием структуры системы управления.
Сущностью функционального анализа является определение динамических характеристик систем на основании принятых алгоритмов ее функционирования.
Функциональный анализ проводится с целью определения динамических характеристик системы путем исследования процессов изменения ее состояний с течением времени на основе принятых алгоритмов (способов, методов, принципов, концепций) управления. Можно сказать, что функциональный анализ направлен на детальное исследование процессов управления.
Объектами исследования функционального анализа являются реализуемые системой методы и алгоритмы управления, включая общий алгоритм функционирования, содержащий все основные этапы (фазы, функции) управления, и частные методы и алгоритмы, направленные на выполнение отдельных этапов управления (формирование цели управления, сбор и обработка необходимой информации, принятие решений, планирование, организация, контроль, выполнение решений и др.).
Функциональный анализ может включать следующие основные этапы [16]:
определение и описание общего процесса управления, реализуемого исследуемой системой;
декомпозицию общего процесса управления на ряд частных функций (задач, операций), выполняемых элементами системы управления;
определение качественный и количественных характеристик исследуемых процессов и функций управления;
формирование критериев и оценку эффективности функционирования системы управления;
принятие решения о необходимости совершенствования функциональных характеристик системы управления.
Остановимся кратко на содержании указанных этапов. Определение и описание общего процесса управления, реализуемого исследуемой системой включает:
формирование или уточнение цели управления;
формирование управляющих воздействий;
реализацию воздействий;
♦ контроль результатов реализации воздействий. Основная цель системы управления рассматривается как
желаемое (требуемое) множество состояний объекта управления и элементов окружающей среды, на которые активно воздействует объект управления в желаемые моменты времени.
Существуют следующие виды целей: цель — состояние, цель — движение и цель — направление.
Если перед системой управления не поставлена или не сформулирована цель, функциональный анализ не имеет смысла.
Формирование управляющих воздействий осуществляется на основании установленной цели и включает следующие составляющие:
получение информации об объекте управления и окружающей среде;
накопление, обработка и анализ информации;
определение возможных вариантов воздействий;
выбор рационального варианта воздействий;
разработка программы (плана, алгоритма) реализации воздействий, предусматривающей последователь-
ность выдачи воздействий и предполагаемые (эталонные) состояния и реакции объекта на эти воздействия. Реализация воздействий включает два основных этапа:
передачу воздействий объекту управления по имеющимся прямым связям (материальным, энергетическим, информационным);
отработку воздействий объектом управления, в ходе которой осуществляется его переход в новое состояние и формирование ответных воздействий (реакций), передаваемых в управляющую систему по обратным связям (информационным).
Контроль результатов реализации воздействий включает:
получение информации о состоянии объекта после воздействия;
обработку этой информации и сравнение ее с эталонной;
анализ результатов сравнения и переход к формированию новых управляющих воздействий.
Декомпозиция общего процесса управления включает:
проведение детализации общей цели управления на ряд частных взаимосвязанных целей и формирование дерева (иерархии) целей;
определение элементов системы управления, реализующих сформированные цели;
исключение элементов не имеющих цели функционирования;
выявление функций управления (основных и обеспечивающих), которые необходимы для эффективной реализации всех фаз (этапов) управления в соответствии с общей и частными целями управления;
сопоставление выделенных функций элементам (исполнителям, руководителям, органам, техническим устройствам) анализируемой системы и оценка полноты их реализации;
♦ выявление дублирующих, бесполезных, малоэффективных, надуманных, излишних функций и выработка рекомендаций по совершенствованию системы управления.
В ходе функционального анализа необходимо оценить качественные и количественные характеристики исследуемых процессов с целью принятия обоснованных решений о степени соответствия системы управления предъявляемым требованиям и необходимости ее дальнейшего совершенствования.
Совокупность количественных и качественных характеристик можно разделить на следующие группы: комплексные характеристики, позволяющие оценивать существенные свойства системы; структурные характеристики, позволяющие оценивать структуру процесса управления, формируемую в ходе его декомпозиции; частные характеристики, определяющие свойства отдельных этапов (фаз), функций, работ и других управленческих действий, рассматриваемых в качестве отдельных элементов процесса управления. Комплексные характеристики процесса управления включают: непрерывность, оперативность, точность, устойчивость, скрытность, эффективность.
Непрерывность — свойство (способность) процесса управления не допускать перерывы между последовательно выполняемыми этапами (фазами) или другими действиями процесса, приводящими к снижению качества управления. Непрерывность процесса нарушается, если между двумя последовательно выполняемыми этапами, возникает незапланированная пауза, приводящая к снижению качество выполнения последующих этапов (например, из-за потери ценности информации), несвоевременному достижению поставленной цели или срыву всего процесса управления.
Оперативность — свойство процесса управления обеспечивать завершение цикла управления в требуемые сроки. 102
Точность — свойство процесса управления обеспечивать максимальную степень соответствия реального движения (или конечного состояния) требуемому (эталонному) движению (или конечному состоянию) объекта управления.
Характеристики точности зависят от разности между эталонным и реальным движением или состоянием объекта управления.
При исследовании процессов управления предприятиями точность можно оценить с помощью разности между прогнозируемой и реальной прибылью, полученной в результате управленческой деятельности руководства данного предприятия.
Устойчивость — свойство процесса управления сохранять и восстанавливать свое качество в условиях внешних и внутренних возмущений.
Скрытность — свойство процесса управления противостоять раскрытию противником или другой противодействующей системой планируемых и выполняемых действий.
Данное свойство определяет качество процесса управления в конкурирующих (противоборствующих системах), которые вынуждены в силу каких-либо причин скрывать передаваемую или обрабатываемую информацию.
Эффективность — степень соответствия реальных (фактических или ожидаемых) результатов процесса управления требуемым или, иными словами, это степень достижения цели управления.
Структурные характеристики процесса управления используются для оценки множества анализируемых элементов (функций, работ, действий, фаз, этапов и др.) процесса управления и связей между ними.
К структурным характеристикам процесса управления организационными системами (при их декомпозиции по уровням и функциям) можно отнести [15]: число функций управления каждого уровня и общее число функций управления, реализуемых исследуемым процессом управления; подчиненность (зависимость по входной и выходной информации) функций управления; число функций управления, выполнение которых зависит от выходной информации функций управления вышестоящего уровня; время реализации каждой функции управления.
При анализе конфигурации структуры процесса управления целесообразно учитывать следующие характеристики сетевых структур [16]: связность структуры, определяемую количеством информационных связей между выделенными функциями процесса; структурную избыточность, определяющую превышение числа связей между функциями процесса над минимально необходимым.
К частным характеристикам процесса управления можно отнести [16]: количество информационных входов и выходов каждой функции; число и перечень информационных и расчетных задач, решаемых при реалшации соответствующей функции управления; объем входной, выходной и обрабатываемой информации; средняя продолжительность или другие вероятностные характеристики сроков решения соответствующих частных задач; характеристики потока заявок на выполнение соответствующих функций; перечень и характеристик алгоритмов, машинных программ или пакетов прикладных программ, используемых для реализации функций.
Оценка связей между функциями процесса управления может производиться с использованием следующих характеристик: объема и содержания информации, передаваемой с использованием соответствующей связи времени передачи информации; характера возмущений, влияющих на качество передаваемой информации.